垃圾填埋场修复技术应用

王海萍，耿 国

(北京德普新源科技发展有限公司，北京 100027)

1 引言

随着我国社会经济的发展，城镇化水平日益提高，城市生活垃圾也随之快速增长，严重影响了城镇居民生活，造成环境污染。目前生活垃圾主要的处理方式还是以填埋为主、焚烧为辅。垃圾填埋技术作为垃圾的最终处置方法，仍然是现在大部分城市处理生活垃圾的主要方法。由于我国垃圾填埋场技术起步较晚，现存垃圾填埋场存在很多环境污染问题，急需相关垃圾填埋场修复技术进行处理，以减少现存垃圾填埋场对环境的污染。

2 垃圾填埋场简介

根据环保措施(如场底防渗设计、分层压实、每天覆盖要求、填埋气排导设施、渗滤液处理设施、虫害防治措施等)是否齐全、是否满足现有环保标准来判断，我国现有的生活垃圾填埋场可分为以下三个等级[1]。

简易填埋场(Ⅳ级填埋场)：我国这几十年一直使用的填埋场，主要特征是基本没有任何环保措施，目前我国约有50%的填埋场属于此类填埋场，该类填埋场基本没有工程措施，或仅有部分工程措施，没有执行环保标准。

受控填埋场(Ⅲ级填埋场)：此类型填埋场在我国约占30%，III级填埋场为半封闭型填埋场，该类填埋场主要特征是配备部分环保设施，不齐全，或者是环保设备齐全，但是不能完全达到环保标准。

卫生填埋场(Ⅰ、Ⅱ级填埋场)：这是我国目前大多数城市开始采用的填埋技术，此类填埋场能对渗滤液和填埋气体进行控制，被发达国家普遍采用，主要特征是有完善环保措施。

垃圾填埋场主要污染为渗滤液和填埋气。

2.1 垃圾填埋场渗滤液

渗滤液的产生主要来自几个方面：降雨降雪入渗、外部地表水的入渗、地下水的入渗、垃圾自身的水分、覆盖材料中的水分、有机物分解生成水。

针对渗滤液，一般有下面几种形式[2]：①直接排入或者运输到城市的污水处理厂进行污水处理；②将渗滤液循环回注至原垃圾填埋场；③经过必要的预处理工艺之后通过管网汇入城市污水处理厂，与城市污水合并处理；④在垃圾填埋场建造污水处理站，对渗滤液进行现场处理。

2.2 垃圾填埋场填埋气

填埋场气体是生活垃圾中的有机物在填埋过程中发酵产生的，产量和性质与填埋场的结构、填埋工艺、垃圾的水分含量以及填埋的时间、气体压力等有关[3]。一般，垃圾组分中有机物含量越多、填埋区容积越大、填埋越深、填埋场的密封程度越好、收集气体的设施设计合理，产生的垃圾填埋气体量越高。

填埋气体的产生可分为5个阶段[4]：第一阶段：好氧阶段，复杂的有机物通过微生物分级成简单有机物，简单有机物通过好氧分解为小分子物质或者CO2，在此阶段填埋场中的氧气几乎被耗尽。第二阶段：过渡阶段，氧气被耗尽后，厌氧环境形成，水解作用在此阶段占主要地位，复杂有机物在微生物作用下水解、发酵，产生CO2、H2和可溶性物质。第三阶段：产酸阶段，该阶段主要产生CO2、少量H2，渗滤液中COD、BOD急剧升高，重金属以离子形式存在与渗滤液中，渗滤液中含有大量的可产气的有机物和营养物质。第四阶段：产甲烷阶段，甲烷产生率稳定，渗滤液中COD、BOD逐渐降低，重金属离子浓度降低。第五阶段：填埋场稳定阶段，几乎没有气体产生，渗滤液及废物的性质稳定，填埋场中的微生物量很贫乏。以上五个阶段不是绝对孤立的，有互相作用、互相依托。

填埋气的主要组份为CH4和CO2，填埋气的利用方式主要有以下几种：锅炉燃料，民用或工业燃气，汽车燃料，发电，化工原料。

3 垃圾填埋场现状

中国存在大量老旧的简易填埋场，急需进行封场处理，垃圾填埋场对环境及周边社区的负面影响主要体现在以下方面[5]。

(1) 生活垃圾长时间裸露堆放，不及时处理，导致蚊虫滋生，臭气散发，污染空气质量。此外，在厌氧条件下分解有机物，往往会伴随着有害气体的产生，造成对环境的二次污染。更严重的是，产生的甲烷气体在浓度含量达到一定程度时极易爆炸，诱发火灾。

(2) 对分解生活垃圾的过程中产生的渗滤液处理不当，严重的威胁到了周围的环境，土壤和地下水。

(3) 填埋作业程序不规范，导致污染问题和周围环境的恶臭问题。

(4) 不注重填埋气的回收利用，造成大气污染和资源浪费。

(5) 垃圾处理不当，部分垃圾直接填埋于土壤，严重污染了土壤。

4 垃圾填埋场修复技术

对于现存的垃圾填埋场，主要有以下两种垃圾填埋场修复方式。

原位好氧修复方式：当老生活垃圾填埋场短期内有场地利用要求时，可采用原位好氧技术加快堆体的稳定化，修复目的应不低于《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》GB/T 25179-2010中的规定的中度利用要求。

异位开采修复方式：填埋场规划为场地高度利用时，工程内容应包括(但不限于)开挖前的好氧预处理；渗滤液导排与处理工程(当垃圾堆体有渗滤液积存时)；地下水帷幕阻断工程(当地下水受到填埋场污染时)；垃圾堆体开采；开采的垃圾分选机筛上物处置与利用(需要时)等工艺单元。

针对需要利用且填埋气含量不达标的垃圾填埋场，无论是原位好氧修复还是异位开采修复，均需要用到填埋场的好氧修复技术。

4.1 垃圾填埋场好氧修复技术

好氧修复技术，在欧美等发达国已被成功应用20多年，我国的首个实例是北京黑石头消纳场。该技术广泛应用在有垫层或无垫层的正规或非正规的垃圾填埋场。

垃圾填埋场的好氧修复技术的基本原理是将垃圾填埋场看作一个巨大的容器，在垃圾填埋场中插入注气井、注液井、排气井。主要设备为高压风机，通过注气井向垃圾堆体中注入空气，利用空气中的氧气来参与垃圾堆体中的有机物降解反应，在氧气和水的作用下，通过好氧反应、化学反应，使垃圾堆体中的有机物快速的降解，同时将收集到的垃圾渗滤液回注至原垃圾堆体内，使堆体内可降解有机物在合适的含氧量、温度和湿度的环境下，经过微生物作用被迅速降解，使垃圾快速达到稳定状态，缩短垃圾的分解时间，大幅降低原垃圾中的污染物浓度，降低垃圾填埋场其对周围环境的污染。

4.2 好氧修复技术案例介绍

垃圾填埋场修复已经成熟，国内外已有多种成功案例。截止目前，在美国已经实施的垃圾填埋场好氧修复项目有20多个，典型项目主要由美国Florida州New River区垃圾填埋场(NRRL)、美国Arizona州Tucson市的Rio Nuevo垃圾填埋场、美国Kentucky州Louisville市的Outer Loop垃圾填埋场等。意大利VERONA省的Legnago垃圾填埋场也使用了好氧修复技术。在国内最早采用好氧修复技术的垃圾填埋场为北京市石景山区的黑石头垃圾消纳场，该填埋场占地面积约200亩，填埋容量约140万m3。由北京清华紫光泰和通环保技术有限公司对该垃圾填埋场进行环保治理，采用好氧修复加速稳定化治理，该项目运行时间24个月，治理目标为：可降解有机物的含量小于5%，堆体CH4的含量小于5%，地面沉降率小于0.5%[6]。

武汉金口垃圾填埋场502万m3库区通过好氧生物反应器，加速老填埋场稳定化的生态修复技术[7，8]。将老垃圾填埋场成功修复，变身为园博会。该修复工程内容包括堆体的整形、堆体的覆盖、地下防渗墙的建设、好氧修复系统的安装及调试，填埋气和渗沥液倒排、收集、检测系统、DTRO成套设备及辅助设施、浓缩液处理设施、填埋气体火炬燃烧系统(含脱硫、储气罐)，填埋气体氧化燃烧系统等。

垃圾填埋场好氧修复技术中的填埋气还可以采用生物过滤器除掉，例如来自奥地利的IUT垃圾填埋场好氧修复技术，该公司的好氧修复系统(Smell-Well System简称SWS系统)将空气加压送入垃圾填埋场，同时填埋场已生成气体将通过特殊布排的管路，经生物过滤器净化处理。早在1992年，该技术就在德国路德维希堡市采用。2005年对位于沙迦Sharjah的填埋场进行修复，该项目是当时世界范围内最大的填埋场修复项目，修复后在该垃圾填埋场原址建成了学校与公路等基础设施。2007年对加拿大魁北克Depot Rive North填埋场进行了垃圾填埋场好氧修复与深度挖掘，成功对该填埋场进行了扩容处理。该技术的工艺流程见图1。

图1 IUT SWS系统工艺流程

空气先被注入潮湿的生物过滤器加热，富含营养菌后通过钢管进入填埋体内。与此同时，另外一台生物过滤器随时捕捉和清洗空气和混合气体产生的污染物。为防止填埋体内空气通道的产生以实现持续曝气效果，同时防止抽取混合气体的管道系统的冷凝和堵塞，该方案会定时改变气体流向。

在整个处理流程中，保持生物过滤器和填埋场的合理湿度非常重要。SWS系统特别针对复杂的湿度环境需求设计，用来控制工艺流程。水从填埋堆里抽出，通过生物过滤器蒸发成为水蒸汽，再循环返回到填埋场内，形成闭环。额外的水通过特殊收集系统被收集起来。采用这种方式运行的操作系统无需向生物过滤器内添加水。该技术填埋体稳定性的普通限值为：CH4<0.1 Vol%；CO2<0.3 Vol%；O2>19.0 Vol%；该技术安全挖掘的普通限值为：CH4<1 Vol%；CO2<0.5 Vol%；O2>17.0 Vol%。

4.3 垃圾填埋场修复技术前景

好氧降解垃圾填埋场稳定化技术，是使垃圾快速降解，加速原有垃圾稳定化的一种技术。国外现场工程实例较多。这种技术不仅能够用于我国封场后的简易垃圾填埋场快速稳定化，也适用于封场后普通的垃圾卫生填埋场，同时还能够应用在需要后续利用的垃圾填埋场的建设。

5 结语

我国垃圾卫生填埋技术起步较晚，20世纪80年代以前，我国的生活垃圾相关技术规范相对滞后，大量的生活垃圾经过非规范填埋或者随意堆放，导致目前我国存在大量的简易垃圾填埋场。这些简易垃圾填埋场大部分位于城市的郊区，在这类填埋场内不存在防渗处理系统和填埋气的回收系统，给周围的环境造成了严重污染，同时这类填埋场的存在也占用了大量的土地资源。随着不断扩大的城市规模，原郊区的简易填埋场有些已经处于城市新的建设区或者新城核心区范围内，通过圾填埋场修复技术可以获得土地资源，同时还可以回收可用资源，减少填埋场对周围环境的污染，降低或者免除垃圾填埋场封场费用和日后的填埋场维护管理费用，开采出的可利用垃圾经过分类可以焚烧或回收，而修复后的场底可用于建设公园和绿地，促进城市可持续发展。